法向等厚旋转曲面体的模具型腔计算.pdf法向等厚旋转曲面体的模具型腔计算.pdf

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法向等厚旋转曲面体的模具型腔计算胡满红,马长安,王立军中北大学,山西太原030051摘要在工业领域中,不少产品的零件结构采用法向等厚旋转曲面体。在航天航空领域,为适应飞行需要,一些飞行器如火箭、导弹的外形也大多采用法向等厚的旋转曲面。在制造生产这类零件时,常会碰到这些零件的模具型腔计算问题。为此,本文在理论曲面坐标下,经法向等厚条件,求出了实际模具型腔的坐标值,导出了获得实际模具型腔的精确计算算法和近似计算公式,并给出计算示例,说明对这些公式的具体应用。关键词法向等厚旋转曲面;模具型腔;近似计算中图分类号TH1231文献标志码A航空航天工程中的飞行器种类很多,如火箭、导弹等,虽然外形不一,但大致相似,大多采用旋转曲面。其曲面的旋转半径从0开始增大,增长率是非线性的,开始较快,而后渐趋缓慢,成为流线型的外表。而其内腔一般是空的,为的是减轻重量或者是放置必需的物件。而曲面的壁厚常常采用法向等厚结构。这样的外形和壁厚设计,不仅有利于减小飞行阻力和增强飞行器的强度,而且有利于简化飞行器外形、内壁以及制造用工模具的设计计算。1法向等厚旋转曲面及其模具旋转曲面有着良好的机械加工工艺性。在三维空间内,设X轴是旋转轴线,在XOY平面内有一条图1法向等厚旋转曲面体流线型平面曲线,它绕X轴旋转,即得到一旋转曲面,见图1。这条流线型曲线称为理论曲线,它绕X轴旋转而得的曲面称理论曲面。设想在理论曲线旁有一条与它法向等宽的另一条平面曲线,该条曲线也绕X轴旋转,即得到另一个相对于理论曲面的法向等厚旋转曲面,2个曲面的结合,就成为飞行器的外形。加工制造这样的飞行器,常需要进行模具设计。模具型腔由阴模和阳模拼合而成,阴模内腔成型产品之外形,即理论曲面。阳模的外形,即产品的内壁。通常理论曲线由一解析函数式或一系列坐标值给出,而理论曲线的等宽线也称实际曲线或阳模外形曲线不给出相应的坐标值,只是给出等宽值H。在计算机绘图时,可以利用理论曲线和法向等厚条件,绘出实际曲线。但是所绘理论曲线的精度要受到绘图软件插补误差的影响。因此对精度要求较高的零件,需要算出实际曲线的准确坐标值,准确到工程上可以允许的范围。2计算公式如图2所示,理论曲线对称于X轴,相切于Y轴,切点就是原点O,以这样的位置关系给出理论曲线的解析函数式RUFX0≤X≤W1图2等宽曲线图示图3实际曲线近似求解图通常它是一条光滑、连续可导、二次或更高次的曲线。为使导出公式具有普遍性,在曲线L1上任取一点MXM,YM,过M点作曲线L1的切线,与X轴夹角为ΑM,由高等数学知ΑMARCTANDYDX2再过M点作L1的法线,并在法线上取长度H等宽值,得M点的等宽对应点MXM,YM,由简单几何关系得XMXMHSINΑMYMYMHCOSΑM3利用公式3可以计算出理论曲线L1上一系列的点MI的对应等宽点MI,从而描绘出与理论曲线L1对应的等宽线L2。但在工程上,为加工、测量、检验的方便,希望给定一个自变量XM后,可以在理论曲线L1上直接找到一个因变量YM;也可以在实54新技术新工艺数字技术与机械加工工艺装备2008年第8期际曲线L2上直接找到因变量YN见图2。即对应于XXMXN,可以直接求出理论曲线L1上M和实际曲线L2上N两点的Y值即YM和YN。M点的Y值YM,可以通过解析函数式求出。而N点的Y值YN则要通过图3来求解,具体做法是过理论曲线L1上M点作平行于Y轴的直线,交实际曲线L2于N点;然后再过M点作理论曲线L1的法线,交L2于M点。由M点作MN的垂线并交MN于N△,由图3知,N△点位于曲线L2上方,接近于N点,其Y轴坐标值为YMYNΔYMHCOSΑM4公式4所得YNΔ可视为YN的近似值。虽然是近似,但随着自变量X的增大,它的近似程度会越来越高,最后近似到工程上需要的精度,这就可以代替准确值计算,这在以下计算示例中可以明显看出。但在自变量X还不大,在同一步长下离散坐标计算中ΑM变化较大时,YNΔ和YN差值还比较大,因此,不能以YNΔ代替准确的YN。所以,可利用实际曲线上L2上的N点和理论曲线L1上N点的一一对应关系,由L2上N点去找出L1上的N点。再经N点和等宽条件H精确计算出N点的纵坐标YN。但实际曲线L2没有具体函数式,所以反推过去只能采用试算法。待试算满足条件后,再准确地算回来。下面是试算过程在图3上,过N点作NNΔ平行于MM,交L1于NΔ,可以将XNΔ作为XN的近似值,显然有XNΔXMHSINΑM5实际XNXNΔ,因为自变量X越小,ΑM越大。因此试算时,令XNXNΔΔ,Δ是按经验人为给定的一个差值,初始取ΔΔ1,则XN1XNΔΔ1,XN1即可求出。再以XN1代入式1、式2和式3,可求得XN1,若XN1XM≤Δ6则试算成功Δ值由工程需要具体确定。如果上式不满足,则重新设定Δ,重复上述计算,直至公式6成立。然后将XXN代入式1、2、3,可求出YN。具体计算过程见下述例子。3计算示例有一椭圆旋转曲面,理论曲线解析函数式YR1001280X28020≤X≤240,H30,单位为MM。当X0时,Y0,即坐标原点。ΑKARCTANDYDXX090。表示L1上过顶点0,0的切线为Y轴,说明坐标系选择和曲线特征均符合图1,图2和图3。自变量选择在0≤X≤100区间,步长取10;在100≤X≤240区间,步长取20。下面以XM40为例,说明计算过程如下YM1001280X/280251508ΑMARCTANDYDXX403072YMYNΔYMHCOSΑM48018YN的求解过程如图4所示。最后输出YN401006。误差值ΞYNΔYN0012MM。下面将XM10,20,30,40,50,60的计算结果列于表1。图4YN求解流程图表1X70实际曲线YN的计算数值XM102030405060YM264863711545034515085703461859ΑM524441783530307227222205YN213303303441334400065365058560YN215653309241358480185365858564从表1中可以清楚地看到,随着X的增加,YNΔ和YN的差值在逐渐缩小,当算到XM60时,误差值64新技术新工艺数字技术与机械加工工艺装备2008年第8期实用技术与工艺装备高精度薄片齿轮加工通用夹具研究王庆东,贾英敏,牛智宵,李晨中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081摘要双联齿轮是天线伺服机构中的重要零部件,主要由薄片齿轮组成,而薄片齿轮的加工由于其结构的特殊性一直是难点。P90数控滚齿机具备6级甚至更高精度的齿轮加工能力,但其卧式高速加工的特点与普通滚齿设备有极大的不同,因此迫切需要一种能适应其加工特点的夹具。因此,如何解决P90数控滚齿机薄片齿轮加工夹具的问题就成为了挖掘P90数控滚齿机床潜力的首要问题。本文对薄片齿轮加工夹具的结构优化设计和通用化研究进行了介绍。关键词薄片齿轮;滚齿加工;齿轮加工夹具双联齿轮是天线伺服机构中的重要零部件,它将天线姿态信号实时传递给伺服控制系统以实现对天线姿态的实时跟踪与控制,因此其传动精度对整个伺服控制系统起着关键作用。随着对天线产品技术要求的不断提高,双联齿轮的精度要求也随之提高。而双联齿轮多由薄片齿轮组成,直径与厚度比达20以上,自身刚度极差,给加工带来了很大困难。我所瑞士GLEASONPFAUTER公司的P90数控滚齿机具备6级甚至更高精度的齿轮加工能力,但由于薄片齿轮结构的特殊性和小批量变品种的生产特点,现有的齿轮加工夹具均不能满足生产需求,因此,作者就设计一种适用性好、通用性强的齿轮加工夹具展开了研究工作。1现有工艺系统的分析P90数控滚齿机一般采用一夹一顶装卡方式加工薄片齿轮,如图1所示。机床、弹簧套管、芯轴、齿坯、滚刀共同组成的工艺系统,在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用下,产生变形和振动。这种变形和振动,将破坏滚刀和工件之间的成形运动和相互位置关系,影响切削运动的稳定性,从而产生加工误差并影响表面粗糙度。因此需要从变形和振动2个方面进行分析。已经到了0004,完全可满足工程需求。当X70时,误差值还会更小,故可以认为YNΔYN,因此有表2的计算结果。表2X≥70实际曲线YN的计算数值XM7080100120140YM66146999766082078660ΑM22052003166913971165YNYNΔ62916679734778978354XM160180200220240YM90359341958397689897ΑM962778608448295YNYNΔ873190389281946795974结语推导了法向等厚旋转曲面理论曲线的对应等宽点的准确计算公式以及给定自变量,实际曲线L2上对应点Y值的准确计算法和近似计算公式。在模具型腔设计计算中,Y值的准确计算算法简便易行,便于实现;当自变量在一定范围内,近似计算公式计算结果误差值在103MM以内,完全满足一般工程允许范围,适合实际工程应用,有极大的实用价值。参考文献1颜庆津数值分析M北京北京航空航天大学出版社,19992张国志材料成型模具设计M沈阳东北大学出版社,20063王俊生有翼导弹结构设计图册M北京宇航出版社,1992作者简介胡满红19712,女,山西运城人,讲师,硕士,研究方向为飞行器制造工程。收稿日期2008年4月8日责任编辑周守清74新技术新工艺实用技术与工艺装备2008年第8期PROCESSCONTROLTECHNOLOGY,MACHININGAUTOMATIONTECHNOLO2GY,ANDPRESENTTHATDATA,FUNCTION,PROCESSOFMODULESABOVECANBEINTEGRATEDBYPRODUCTDATAMANAGEMENTTECHNOLOGYANDCORPORATIONSCANCONSTRUCTCONTEMPORARYINTEGRATEDHAR2NESSMANUFACTURINGSYSTEMBASEDONITKEYWORDSWIRINGHARNESSMANUFACTURINGEQUIPMENT;CONTEM2PORARYINTEGRATEDHARNESSMANUFACTURINGSYSTEM;PDM;DATA;INTEGRATERESEARCHONGEARTOOTHCORRECTINGINHEAVYLOADVEHICLETRANSMISSINGSYSTEMJIASHUANG1,WANGYANZHONG21STATEKEYLABOFVEHI2CLETRANSMISSIONOFCHINANORTHVEHICLERESEARCHINSTITUTE,BEIJING100072,CHINA;2BEIJINGUNIVERSITYOFAERONAUTICSANDASTRONAUTICS,BEIJING100083,CHINAABSTRACTTHEPAPERDISCUSSESTHEOBJECTIVEANDSIGNIFICANCEOFGEARTOOTHCORRECTINGANDINTRODUCESCOMMONCORRECTINGMETHODS32DCORRECTINGISELABORATEDINANEXAMPLEOFGEARINHEAVYLOADVEHICLETRANSMISSIONSYSTEMBASINGONTHEA2NALYSISOFDEFORMATIONANDSTIFFNESSOFTHETRANSMISSIONSYS2TEM,32DCORRECTINGQUANTITYISACCOUNTEDACCORDINGTOTHE32DCORRECTINGSURFACEANDMINIMUMPRINCIPIAOFLOADDENSITYTHEEXPERIMENTSBEFOREANDAFTERTHECORRECTINGINDICATETHEADVANTAGEDEFFECTSOFGEARTOOTHCORRECTING,ANDTHEDEFLECTEDLOADOFTHEGEARINTRANSMISSIONSYSTEMISREMOVEDKEYWORDSGEARTOOTHCORRECTING;ELASTICDEFORMATION;DEFLEC2TEDLOAD;MESHSTIFFNESS;32DCORRECTINGFATIGUELIFEPREDICTIONMETHODSOFNOTCHEDSPECI2MENBAIHE,WANGBOJIANDEPARTMENTOFMETALLURGYENGINEER2ING,XI’ANUNIVERSITYOFARCHITECTUREANDTECHNOLOGY,XI’AN710055,CHINAABSTRACTTHELIFEPREDICTIONMETHODSOFNOTCHEDSPECIMENAREREVIEWED,ESPECIALLYONNOMINALSTRESSAPPROACH,LOCALSTRESS2STRAINMETHODANDSTRESSFIELDINTENSITYAPPROACHITINTRO2DUCESTHEPRINCIPLES、APPLICATIONMETHODS、RANGEOFAPPLICA2TION、ADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFTHEFATIGUELIFEPREDIC2TIONMETHODOFNOTCHEDSPECIMENANDPRESENTRESEARCHSTA2TUSANDDEVELOPMENTAREINTRODUCEDKEYWORDSNOTCHEDSPECIMEN;NOMINALSTRESSAPPROACH;LOCALSTRESS2STRAINMETHOD;STRESSFIELDINTENSITYAPPROACHNORMALUNIFORMTHICKNESSREVOLVINGCURVEDSUR2FACEBODYMOLDCAVITYCOMPUTATIONHUMANHONG,MACHANG2AN,WANGLIJUNNORTHUNIVERSI2TYOFCHINA,TAIYUAN030051,CHINAABSTRACTINTHEINDUSTRIALFIELD,ANUMBEROFPRODUCTPARTSSTRUCTUREHADUSEDNORMALUNIFORMTHICKNESSREVOLVINGCURVEDSURFACEBODYINTHEAEROSPACE,TOMEETOPERATIONALNEEDS,NORMALUNIFORMTHICKNESSREVOLVINGSURFACEISMOREOF2TENBEADOPTEDINSUCHAIRCRAFTASROCKETSANDMISSILESINTHEPRODUCTIONOFSUCHPARTS,OFTENENCOUNTERTHEPROBLEMSOFMOLDCAVITYCALCULATIONFORTHESEPARTSTHEREFORE,BASEDONTHETHEORYOFSURFACECOORDINATES,THISPAPERCALCULATEDTHECOORDINATEOFTHEREALMOLDCAVITYONTHECONDITIONOFNORMALEQUAL2THICKNESS,OBTAINEDTHEACCESSTOTHEACTUALMOLDCAVITYOFTHEPRECISECALCULATIONOFALGORITHMSANDAPPROXIMATECAL2CULATIONFORMULAINTHEENDOFTHISPAPER,ANEXAMPLEISPRO2VIDEDTOILLUSTRATETHEAPPLICATIONOFTHESESPECIFICEQUATIONSKEYWORDSNORMALUNIFORMTHICKNESSREVOLVINGCURVEDSUR2FACE;MOLDCAVITY;APPROXIMATECALCULATIONPROCESSOPTIMIZATIONEXPERIMENTRESEARCHONTHENEWLAPPINGMODEOFTHEHARDNESSMATERIALSPHEREXUQIN1,YUANJULONG1,ZHOUZHAOZHONG2,LVBINGHAI31PERCZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,HANGZHOU310014,CHINA;2WESTBRANCHOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,QUZHOU324000,CHINA;3HUNANUNIVERSITY,CHANGSHA410000,CHINAABSTRACTSILICONNITRIDECERAMICS,ONEOFTHEMOSTTYPICALHARDNESSMATERIALSPHERE,HAVEEXCELLENTPROPERTIESLIKESMALLDENSITY,HIGHRIGIDITY,HIGHYOUNG’SMODULUS,HIGHWEARABILI2TY,GOODTHERMALSTABILITYANDCHEMICALSTABILITY,WHICHMAKEITBECOMEONEOFTHEMOSTAPPROPRIATEMATERIALSFORROLLERSOFHIGHPRECISIONBEARINGBUTTHETRADITIONALV2GROOVEABRASIVELAPPINGPROCESSMAKESITHARDTOHAVETHEFURTHERAPPLICA2TIONSTOFIGUREOUTABETTERPROCESSONNEWRDPLAPPINGMODE,TAGUCHIMETHODISAPPLIEDTOOPTIMIZELAPPINGPARAME2TERSTOOBTAINTHEBETTERMRR,SPHERICITYANDSURFACEFINISHINFLUENCEOFPARAMETERSINVOLVING,INCLUDINGLOAD,SPEED,ANDSLURRYCONCENTRATIONISDISCUSSEDANDTHEOPTIMUMLAPPINGCONDITIONSAREFIGUREDOUTKEYWORDSHARDNESSMATERIALSPHERE;TAGUCHIMETHOD;PROCESSOPTIMIZATIONSTUDYONDIGITALREMANUFACTURINGTECHNOLOGYFORVEHICLEENGINESHUANGYANBIN,SONGGAOWEI,ZHANGQIYONG,BAGUOZHAODEPARTMENTOFEQUIPMENTREMANUFACTURING,ACAD2EMYOFARMOREDFORCESENGINEERING,BEIJING100072,CHINAABSTRACTATPRESENT,THEDIGITALREMANUFACTURINGOFVEHICLEENGINESHASDEVELOPED,BUTITISSTILLATTHEPRELIMINARYLEVEL,MOSTOFREMANUFACTUREPROCESSESKEEPTRADITIONALTECHNIQUESANDLOWPRODUCTIONEFFICIENCY,ESPECIALLYLOWINFORMATIONTECHNICALTHEREFORE,INTHISPAPER,THEARCHITECTURE,TECHNO2LOGICALPROCESSANDPROCESSPLANNINGAREESTABLISHEDWHICHISBASEDONDIGITALFACTORY,ANDLAYTHEFOUNDATIONFORRESEARCHANDAPPLICATIONOFTHEDIGITALREMANUFACTURINGOFVEHICLEEN2GINESKEYWORDSDIGITALFACTORY;REMANUFACTURING;ARCHITECTURE;TECHNOLOGICALPROCESS;PROCESSPLANNINGMATHEMATICALMODELOFMICROSTRUCTUREANDMECHAN2ICALPROPERTIESPEARLITENODULARCASTIRONXUZHIXING,ZHUXIANYONGINSTITUTEOFMECHANICALSCIENCEANDENGINEERING,JILINUNIVERSITY,CHANGCHUN130025,CHINAABSTRACTTHECOMPOSITIONS,VOLUMEFRACTIONOFPEARLITE,RATIOOFSHPERICITYANDMECHANICALPROPERTIESOFTHEPEARLITENODULECASTIRONAREMEASUREDBASEDONTHEMETHODOFLINEARRE2GRESSIONMULTI2ANALYSIS,THEMODELSABOUTTHEEFFECTSOFTHEALLOYCOMPOSITIONSONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPER2TIESOFTHEPEARLITENODULECASTIRON,ANDTHEDEPENDENCEOFTHECONTENTSOFPEARLITEANDFERRITEONTHERATIOOFSHPERICITY,IN2TENSION,HARDNESSANDELONGATIONAREESTABLISHEDTHERELA2TIONSOFALLOYINGELEMENTSANDMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESARESTUDIED33GROUPSAND9GROUPSSAMPLESAREELECTEDFROM42GROUPSTESTDATAASSTUDYDATAANDVALIDITYDATARESPECTIVE2LY,THEUNKNOWNDATACANBEPREDICTEDUSINGTHISMATHEMATI2CALMODELTHERESULTSINDICATTHATTHEMETHODCANACCURATELYPREDICATETHECONTENTSOFPEARLITEANDMECHANICALPROPERTIESOFTHENODULECASTIRON,COMPOSITION,MICROSTRUCTUREANDME2CHANICALPROPERTIESKEYWORDSNODULEIRONCAST;PEARLITE;MECHANICALPROPERTIES;MATHEMATICALMODELSELECTIONOFSPECIFICPARAMETERSOFGRINDINGWHEELFORHIGH2TEMPERATUREALLOYBASEDONFUZZYTHEORYWENYIFANG1,RUIYANNIAN2,ZHOUHONGYING11SUZHOUINDUSTRIALVOCATIONALANDTECHNICALCOLLEGE,SUZHOU215104,CHINA;2SUZHOUUNIVERSITY,SUZHOU215021,CHINAABSTRACTGRINDINGRESEARCHERSARESTUDYINGHOWTOSELECTTHESPECIFICPARAMETERSOFGRINDINGWHEELFORHIGH2TEMPERATUREALLOYINARIGHTWAYAMATHEMATICALMODELOFSELECTIONOFSPECIFICPARAMETERSOFGRINDINGWHEELFORHIGH2TEMPERATUREALLOYBASEDONFUZZYTHEORYISPROPOSEDINTHISPAPER,WHICHUSESTITANIUMALLOYASMAINRESEARCHINGOBJECT,ISSYNTHETICALLYEVALUATEDBYFUZZYTHEORYANDENTITLEDWITHTHEEXPERIENCEOFEXPERTSANDEX2PERIMENTALRESEARCHTHECONCLUSIONSHOWSTHEADVANCE,RELIABILI2TYANDPRACTICABILITYOF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